順北油氣田大尺寸井眼凈化能力的探索

薛強　劉軍　孫方龍

摘 要：隨著順北油氣田井身結構的改變，二開采用?444.5mm的鉆頭進行鉆進，由于上部地層鉆時較快，開孔鉆頭尺寸大且段較長，產生的巖屑量較多，在施工過程中常見遇阻卡、劃眼等復雜情況，探討和分析影響?444.5mm井眼凈化能力的因素（排量、鉆井液流變性能、鉆具組合等），為大尺寸井眼的鉆井施工提供理論指導。

關鍵詞：大尺寸井眼;井眼凈化;排量;流變性能

1 順北油氣田二開設計的井身結構及施工現狀

西北油田分公司對順北油氣田井身結構不斷調整，二開由原來的?311.2mm或者?250.8mm的井眼調整為?444.5mm，在鉆井過程中采用螺桿+PDC鉆頭進行鉆進。由于上部地層鉆時較快，開孔鉆頭尺寸大且段較長，產生的巖屑量較多，如果鉆井液性能處理或維護不及時，極易造成起下鉆遇阻卡、劃眼等復雜情況。不同尺寸的鉆頭產生的巖屑情況如表1。

由表1可以看出，?444.5mm的井眼產生的巖屑分別是250.88mm、311.2mm的井眼產生巖屑的3.14倍和2.04倍。?444.5mm的井眼每米鉆井液與井壁接觸面積分別是?250.88mm、?311.2mm的井眼每米鉆井液與井壁接觸面積的1.77倍和1.43倍，因此在施工過程中鉆井液要具有良好的包被抑制性能、攜巖與封堵能力，同時要求固控設備必須具有很好的處理能力，防止固相處理不及時造成鉆井液性能的惡化或者鉆頭泥包。

2 影響井眼凈化能力因素的分析

鉆井液的主要功能之一就是清洗井底并將巖屑攜帶到地面上，鉆井液清洗井眼的能力除取決于循環系統的水力參數外，還取決于鉆井液的性能，特別是其流變性能，巖屑的清除過程分為兩個過程，一是巖屑沖離井底，二是巖屑從環空攜帶到地面，在環空中鉆井液攜帶巖屑顆粒向上運動的速度取決于鉆井液上返速度與巖屑顆粒自身滑落速度之差，即：Vp=Vf-Vs，則有Vp/Vf=1-Vs/Vf，Vp/Vf：攜巖比，此值表示井眼的凈化效率;Vp：巖屑在環空的上返速度，m/s;Vf：鉆井液在環空的上返速度，m/s;Vs：巖屑的滑落速度，m/s。顯然，提高井眼凈化效率的途徑一是提高鉆井液在環空的上返速度;二是降低巖屑的滑落速度，但是受到泵壓和泵功率的限制，上返速度不能大幅度提高，因此如何降低巖屑的滑落速度對攜巖至關重要。

2.1 排量對井眼凈化的影響

在?444.5mm井眼段，研究?139.7鉆桿段處不同排量下的環空返速，當排量在40-80L/s的情況下，環空返速在0.29-0.57m/s之間，而在?311.2mm井眼中環空返速在0.66-1.31m/s之間，在?250.88mm井眼中環空返速在1.17-2.34 m/s之間，同樣條件下大尺寸井眼環空返速較低。

大尺寸井眼鉆進過程中，環空返速較低，巖屑的運移速度較慢，同時由于鉆時較快，巖屑難以及時被鉆井液攜帶返出地面，造成環空巖屑量較大;由圖1和圖2可以看出隨排量的增加，攜巖比增加，井眼凈化能力增加，因此大尺寸井眼鉆進時在設備允許的情況下盡可能保持較高的排量。

2.2 鉆井液流變性對井眼凈化的影響

由圖2-圖4可以看出，在一定排量下，鉆井液流變性能對井眼凈化能力影響較大，在鉆井施工過程中降低鉆井液中有害固相，保持合理的動切力及較低的塑性粘度可增加鉆井液的攜巖能力。經驗數據表明當初切為2至6MPa時鉆井液具有良好的懸浮能力，終切為初切值的2至3倍時鉆井液屬于良好的觸變體，當終切值大于初切值的5倍時屬于遞增型觸變體，此時會產生較高的激動壓力。

2.3 短起下鉆對凈化能力的影響

大尺寸井眼由于環空返速較低，同時鉆井液與井壁接觸面積較大，不可避免地造成巖屑在井壁上粘附形成虛厚泥餅，因此在鉆進過程中堅持每鉆進300m左右進行短起下，對虛厚泥餅進行拉實，一是清理井壁上粘附的巖屑，二是減小巖屑與井壁的摩擦力，確保井眼暢通。

2.4 鉆具組合對凈化能力的影響

采用大尺寸鉆桿降低循環壓耗，提高環空返速，研究在排量一定情況的下（70L/s）不同尺寸鉆具下其環空的返速，如表2：

同時研究對于4000m段長?127mm和?139.7mm鉆桿在不同排量下的總循環壓耗，見圖5。

由圖5可見，采用?139.7mm比采用?127mm總循環壓耗降低35%，因此，對于大尺寸井眼采用大尺寸鉆桿，降低總循環壓耗，大幅度提高鉆頭水功率和噴射速度，也能增加排量以提高環空返速和攜巖能力。

3 結論與建議

①大尺寸井眼鉆進過程中，在設備允許的條件下盡可能采用大尺寸鉆桿和保持較高的排量，使得巖屑在環空中有較高返速;②固控設備要有高效率的處理能力，降低鉆井液中的有害固相;③保持合理的流變性能，較高的動塑比，盡可能提高鉆井液攜巖能力，在短起下鉆過程中通過固控設備清理地面鉆井液中的固相;④合理控制機械鉆速，使鉆井液中巖屑的濃度不至于過高，不盲目追求機械鉆速，防止鉆井液中巖屑濃度過高，造成井下復雜;⑤加強鉆井液的封堵性能，防止砂巖段因封堵能力不足形成虛厚泥餅，泥巖段因封堵不足，造成濾液沿硬脆性泥頁巖層理、微裂縫進入地層深部造成泥頁巖剝落或者垮塌;⑥大尺寸井眼鉆井液的量大大增加，包被抑制、防塌封堵等材料的加量也應相應增加，以確保鉆井液中各種材料的有效含量。